СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ НАУЧНОГО
advertisement
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ НАУЧНОГО МИРОВОЗЗРЕНИЯ ОБУЧАЕМЫХ НА УРОКАХ ФИЗИКИ Корнилова Евгения Анатольевна Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уссурийский государственный педагогический институт», город Уссурийск, Российская Федерация Становление мировоззрения человека происходит с момента его рождения, осознания им себя и своего места в мире. Генезис мировоззрения происходит в процессе целенаправленного его формирования при обучении и воспитании и при спонтанном общении личности. Целенаправленное формирование мировоззрения обучаемых – сложный, многозначный процесс теоретической, практической и когнитивной деятельности субъекта. При обучении в школе преимущественно происходит формирование научного мировоззрения человека. Физика – это один из предметов, имеющих первостепенное значение при формировании научного мировоззрения, дающих возможность использования для этого разнообразных методов. Так как знания приобретают личностный, мировоззренческий характер, если они получены в результате критической мыслительной деятельности, проверены на практике, являются не пассивной принадлежностью умственного багажа, а принципом действия [3], то, по нашему мнению, необходимо для целенаправленного формирования научного мировоззрения на уроках физики использовать активные и действенные методы. Целесообразно выделить следующие методы целенаправленного формирования научного мировоззрения обучаемых. 1. Установление правильное их объяснение. связей между изучаемыми явлениями и Связи, устанавливаемые между явлениями, называются предметными. Выделяется два вида предметных связей: внутрипредметные и межпредметные. Внутрипредметные связи – это связи, устанавливаемые между элементами структуры курса физики через принципы, модели, теории, законы и понятия. Межпредметные связи – это связи между элементами структуры курсов различных учебных дисциплин, устанавливаемые через содержание понятий, законов, принципов и теорий. Образовательные функции внутри- и межпредметных связей: формирование у учащихся общей системы знаний о мире, отражающей взаимосвязь различных форм движения материи; анализ развития общих естественнонаучных понятий, законов, теорий. Так, единство естественнонаучного знания и связи между предметами данного цикла основаны на наиболее общих фундаментальных понятиях: «материя», «вещество», «поле», «пространство», «время», «масса», «энергия»; формирование единых естественнонаучных мировоззренческих взглядов учащихся; формирование диалектико-материалистического мировоззрения возможно лишь на основе широких внутрипредметных и межпредметных связей; интегрирование всей системы содержания учебных предметов создают прочный фундамент научного миропонимания, основы научного мировоззрения, сформировать которое в рамках одного или нескольких, но изолированных друг от друга предметов, невозможно. Воспитательные функции внутри – и межпредметных связей: особое внимание должно уделяться развитию этических и эстетических понятий (добро, зло, долг, совесть, честь, достоинство, смысл жизни, прекрасное), которые способствуют формированию нравственноэстетических идеалов, эмоционально волевой сферы; реализация идеи воспитывающего обучения требует усиления межцикловых связей, сближения предметов гуманитарного и естественно - математического циклов и усиления внутрипредметных связей, поэтапного формирования понятий от одних разделов физики к другим; роль внутрипредметных и межпредметных связей в трудовом воспитании, политехнической подготовке, профессиональной ориентации. Развивающие функции внутри- и межпредметных связей: среди общих видов деятельности рассматривается речевая, творческая; позиции теории поэтапного формирования умственных действий. Основные направления деятельности педагогов по реализации внутрипредметных и межпредметных связей таковы: - согласование изучения учебных дисциплин, при котором один предмет готовит «почву» для изучения других (роль такой почвы выполняет система понятий и учебных умений); - обеспечение преемственности в формировании общих понятий, законов и теорий; - единая интерпретация одних и тех же изучаемых в разных предметах или в разных разделах курса физики понятий, законов и теорий, единство требований к их усвоению; - обеспечение общих подходов к формированию у учащихся умений и навыков учебного труда, преемственности в их развитии; - создание условий для активного применения и углубления знаний, полученных учащимися при изучении смежных дисциплин; - раскрытие взаимосвязи явлений природы, изучаемых разными науками; - иллюстрация общности методов исследования, применяемых в различных науках (наблюдение, эксперимент, теоретический анализ и т.д.); - применение упражнений, требующих от учащихся комплексного применения знаний из различных дисциплин; - устранение дублирования в изучении тех или иных вопросов по различным предметам; - использование комплексных форм учебных занятий с целью систематизации и обобщения знаний, получаемых учащимися при изучении разных дисциплин (комплексные семинары, интегрированные уроки, обобщающие лекции). Все указанные направления важны, и необходимо использовать наиболее эффективные способы их сочетания и реализации, поскольку положительное влияние внутрипредметных и межпредметных связей на качество знаний учащихся, на развитие диалектического метода мышления, формирование научного мировоззрения и целостной картины мира может быть достигнуто при комплексном решении проблемы. Опыт работы учителей по реализации внутрипредметных и межпредметных связей позволяет дать следующие примерные советы всем приступающим к решению этой проблемы. 1. Находить в смежных предметах или в других разделах курса физики такой материал, который бы сравнениях сильнее запечатлеть способствовал в ярких, образных вновь изучаемый материал данной дисциплины. 2. Постоянно учить школьников быстрому и оперативному припоминанию ранее усвоенного в целях более продуктивного усвоения нового. 3. Создавать у учащихся потребность обращения к учебникам смежных предметов в классной и домашней самостоятельной работе путем постановки задач, указаний, требований, разъяснений и воспитания интереса к усвоению многосторонних знаний о предмете или явлениях реальной действительности. 4. В формировании умений учащихся использовать предшествующий опыт необходимо развивать коллективные методы учения и систематически поощрять индивидуальные достижения в припоминании и использовании знаний смежных предметов. 5. Постоянно побуждая школьников к работе по припоминанию смежных знаний, необходимо формировать умения творческого применения своих знаний. Современная классификация внутрипредметных и межпредметных связей представлена на рисунках 1, 2 и 3. Внутрипредметные связи Организационно-методические По времени осуществления опережающие преемственные внутрицикловые межкурсовые межцикловые По широте осуществления Рис. 1. Классификация внутрипредметных связей. Межпредметные связи Содержательно-информационные Операционно-деятельностные По знаниям о Рис. 2. Классификация межпредметных связей. Перспективные Сопутствующие Преемственные Эстетические Политико экономические Идеологические ценностных ориентациях Логические Историко - научные Фактологические познании По времени осуществления Все эти внутрипредметные и межпредметные связи реализуются в различных формах организации учебной и вне учебной деятельности: на обобщающих уроках, комплексных семинарах, в домашних заданиях, конференциях, тематических вечерах и т.п. Внутрипредметные и межпредметные связи Операционнодеятельностные По способам усвоения связей По постоянству По формам реализации Индивидуальные, групповые, коллективные Эпизодические, систематические, постоянные По способам деятельности Практические, учебнопознавательные, ценностноориентационные Теоретические Понятийные Фактологические По составу научных знаний Организационнометодические Репродуктивные, поисковые, творческие Содержательноинформационные Рис. 3. Классификация внутрипредметных и межпредметных связей. Завершая классификацию внутрипредметных и межпредметных связей, следует обратить внимание, что в зависимости от учебной информации, создающиеся в школьном курсе физики внутрипредметные и межпредметные связи проявляются по-разному. Есть в программах по каждой естественнонаучной дисциплине разделы и большие темы, включающие в себя факты, понятия, теории межциклового характера и позволяющие, поэтому широко и последовательно использовать в обучении межпредметные связи. Но немало и таких тем, содержание которых не способствует осуществлению межпредметных связей. Например, анализ курса физики показывает, что в содержании раздела «Механика» имеется сравнительно мало межпредметных понятий и теорий, зато разделы «Молекулярная физика и термодинамика», «Электродинамика», «Оптика» очень богаты межпредметными понятиями и теориями. 2. Строгое в научно-методическом отношении изложение основ физики в соответствии с современной физической картиной мира. Современная физическая картина мира – тот базис, который должен сформироваться у учащихся к концу изучения курса физики. Современный этап эволюции физической картины мира связан с попытками выхода за пределы релятивистских представлений о пространстве и времени и происходит на основе глубокого проникновения в физику идей материалистической диалектики. Преодоление возникающих затруднений квантово – полевой картины мира (объединение всех фундаментальных взаимодействий; квантование пространства и времени; квантование гравитационного поля; точечность элементарных частиц и дискретность спектра их масс и так далее) учёные видят в углублении концепции диалектико-материалистического миропонимания. Современные направления развития квантово – полевых теорий: 1) введение нелокальных взаимодействий, то есть взаимодействий, осуществляющихся элементарными частицами на малых расстояниях даже тогда, когда их поля не перекрываются; 2) введение индефинитной метрики в гильбертовом пространстве (обобщение понятия евклидового векторного пространства на бесконечномерный случай); 3) квантование пространства и времени (как один из вариантов нелокальной квантовой теории поля). Развитие физического знания происходит в направлении становления, развития и смены физических картин мира. Не составляет исключения и квантово – полевая картина мира. Как только будут исчерпаны возможности квантово – полевой картины мира в построении новых, более глубоких физических теорий, на смену ей придёт новая физическая картина мира, в основе которой будут лежать более глубокие, чем сложившиеся в настоящее время квантово – полевые представления о материи, её видах и формах её существования. В соответствии с учебником 9 класса после изучения «Динамики» рассматривается вопрос о том, всегда ли справедливы законы динамики. Ученики должны понимать, что законы Ньютона справедливы лишь в инерциальных системах отсчета. Но изложение этого вопроса полезно довести до обоснования принципа относительности Галилея, чтобы показать учащимся, что: раз никакими физическими опытами нельзя установить, движется ли система равномерно и прямолинейно или покоится, что если все механические явления во всех инерциальных системах отсчета протекают по одним и тем же законам, то между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакого принципиального различия. Понимание этой мысли очень важно для формирования научного мировоззрения. Опыт часто показывает, что учащиеся часто допускают ошибки в трактовке содержания ряда физических величин. Сила часто понимается не как причина изменения движения, а как причина порождающая движение. Вот это (Аристотелевское) понимание силы оказывается крайне живучим. Чтобы предотвратить заблуждения учащихся, нужно при введении любой физической величины не просто ограничиваться разъяснением формулы, выражающей определение этой физической величины, а подчеркнуть, что физические величины являются лишь характеристиками реально существующих объектов и явлений, лишь средством описания реальности, а не самой реальностью. Бывают случаи, когда учащиеся, неплохо усвоившие фактический материал курса, не могут дать научного истолкования явлениям природы. Например, масса отождествляется с количеством вещества. При ответе на вопрос о том, каково различие между характером закона об охране природы и закона всемирного тяготения, учащиеся не могут сказать, что первый закон «введен» людьми и со временем может быть отменен. Он не существует объективно в окружающем нас мире, в отличие от второго, который существует в самой природе, независимо от нас. Прежде всего, надо попытаться создать у школьников восприятие природы как стройного, гармонического, взаимосвязанного мироздания. Мир – это цепь причин и следствий. Найдем одну причину – откроется другая, за ней – третья. Законов природы на первый взгляд много. Но оказывается, что большие группы частных законов представляют собой разнообразные проявления общих законов. Учитель должен показать красоту природы. Законы тяготения, законы движения красивы хотя бы потому, что мы можем предсказать на сотни лет вперед. Расположение небесных тел, например, те положения Земли, Луны и Солнца, которыми обусловлены затмения. Некоторые идеи современной физики, которые должны пронизывать школьный курс физики. Для современной физики характерна новая постановка вопроса о видах и формах материи. В школьном курсе физики изучаются такие виды материи как вещество и поле. проиллюстрировать Переход простым материи примером, из вещества описывающим в поле можно горение, когда незначительная часть вещества переходит в поле и распространяется в окружающем пространстве путем лучеиспускания. За 1 секунду на Солнца происходит превращение 4.500.000 тонн вещества в поле и излучение его в космическое пространство. Часть этого излучения (поля) достигают Земли и лишь незначительная доля этого излучения в процессе фотосинтеза в растениях с помощью пигмента – хлорофилла превращается опять в вещество. Говоря о поле и веществе полезно сравнить их свойства (см. таблицу 1). Таблица 1. Сравнение свойств поля и вещества Вещество Поле 1. Вещество занимает в 1. Границ поля указать пространстве определенный нельзя, оно занимает все объем (локализовано). пространство (если оно не локализовано в объемном резонаторе). 2. Движение поля – это 2. Движение вещества – изменение и преобразование перемещение одной его части происходящее в нем (переход относительно другой. магнитного в электрическое и наоборот). 3. Тела из вещества могут иметь любые скорости, но меньше скорости света. 4. В одном и том же объеме не могут одновременно находиться два и более тел из вещества. 3. Поле распространяется со скоростью света. 4. В одном и том же объеме может существовать бесчисленное множество полей. Поле и вещество взаимопревращаемы друг в друга. При этом поле изменяет состояние вещества, а вещество влияет на состояние поля. Раскрывая содержание курса физики средней школы, необходимо показать учащимся, что природа (материя) существует объективно, независимо от нашего сознания, что в природе наблюдается непрерывное движение, изменение, развитие. Учащиеся должны знать, что мир познаваем, что наши знания о нем относительны и четко представлять себе процесс познания Наблюдение – Опыт – Гипотеза – Практическое применение. Итак, создание современной физической картины мира, т.е. общей модели природы – одна из важных задач изучения физики. 3. Использование на уроках физики методологических знаний. Методологические знания – обобщённые знания о методах и структуре физической науки, основных закономерностях её функционирования и развития, которые внутренне присущи современному курсу физики. Методологические знания включают в себя: научный эксперимент и методы экспериментального познания; мысленный эксперимент; физические теории и методы теоретического познания; стержневые методологические идеи физики; основные закономерности развития физики; категориально-понятийный аппарат концепции эволюции физической картины мира. Знания о знаниях называются методологическими. Для того, чтобы обеспечить понимание учащимися процесса научного познания используются следующие положения: положение об объективности и относительности знаний; положение о роли практики в познании как источника развития знаний и критерия истины; положение о развитии знаний и познаваемости мира. Положениями, раскрывающими основные методы познания, являются: общенаучные методы (гипотеза, моделирование и т.д.); методы специфичные для физики (метод спектрального анализа, рентгеноструктурного анализа); цикл учебного познания: опыт – проблема – гипотеза – теоретические следствия – эксперимент – проверка на практике; система знаний, то есть теория (что такое теория и каковы её функции; причины создания теории; границы применимости). Теория: основание (опытные факты, идеализированный объект (модель), фундаментальные понятия, физические величины); ядро (основные принципы или гипотезы); воспроизведение или следствия (частные законы). Методы научного познания в физике: предметом физического исследования являются физические объекты с многообразными свойствами и физическими явлениями, обладающие разнообразными сторонами; важнейшая задача физики установление факта и объяснение этого факта или явления; установление фактов осуществляется путем наблюдений за протеканием явлений в естественных условиях, проведенных многократно и сопровожденных измерениями, в которых фиксируются результаты наблюдений; более детально изучить физическое явление позволяет физический эксперимент; установленные факты необходимо описать на языке физических величин; физическая величина – характеристика свойств физических объектов, имеющая числовое выражение, полученное путем измерений; чтобы измерить величину, надо установить единицу измерения и способ измерения. Измерение – сравнение величины с однородной величиной, принятий за единицу; качественная сторона физических величин состоит в том, что каждая величина характеризует какое-то определенное свойство или явление; физические величины – это не сама реальность, а принятый в физике способ описания реальности; определить физическую величину – значит установить: какое реально существующее свойство или явление должна характеризовать вводимая величина; с какими ранее введенными величинами она связана, и какая формула выражает эту связь (скалярная или векторная величина); как измерить величину; от чего зависит данная величина; идеализация – операция замены реального объекта идеальным; выясняется характер задачи и устанавливаются все разнообразные стороны и свойства объектов; выясняется, какие свойства в условиях данной задачи несущественны, а какие существенно важны; несущественные свойства отбрасываются и принимаются во внимание только существенные, тем самым реальный объект заменяется идеальным; величины связаны и взаимосвязаны, что выражается формулами, физическими законами; объяснение физических явлений осуществляется в физических теориях, которые позволяют единообразно объяснять широкий круг фактов и законов, сделать ряд новых предсказаний и выводов. Процесс познания и овладения методологическими знаниями можно представить в следующем виде: выделяются исходные методологические знания для процесса познания (согласно классическому подходу к физическим исследованиям, исходные знания получают в процессе эксперимента); из множества фактов, отношений между ними, частных обобщений выбираются те, которые отражают сущность рассматриваемых явлений; на основе выдвинутых постулатов развивается физическая теория, как восхождение от абстрактного к конкретному; практическое воплощение теории и ее применение в производстве. Одной из форм выражения методологических знаний являются представления о физической картине мира и её эволюции. Физическая картина мира – это обобщенная модель природы, включающая в себя представления физической науки о материи, движении, взаимодействии, пространстве и времени, причинности и закономерности. Поэтому первой составной частью процесса создания у учащихся представлений о физической картине мира является формирование указанных фундаментальных физических понятий и идей. К числу этих фундаментальных понятий и идей относятся понятия вещества и поля, понятия массы, силы, взаимодействия, импульса, энергии, идеи относительности, сохранения мер движения, атомизма, корпускулярно-волнового дуализма. Но только усвоение важнейших понятий и идей недостаточно для формирования представлений о физической картине мира. Представления о современной физической картине мира учащиеся могут получить только в конце курса изучения физики, после того как будут обобщены и приведены в систему знания учащихся. До того контуры современной физической картины мира обрисовать невозможно из-за недостатка знаний у учащихся по вопросам современной физики. Поэтому на уроках необходимо употреблять термины «материя», «движение», «пространство», «время» и раскрывать их смысл, т.е. необходимо в самом общем виде познакомить учащихся с некоторыми философскими положениями. Кроме того, связь физики и философии есть характерная черта современной физической науки, а преподавание физики должно отражать современный научный уровень. Итак, формирование представлений о физической картине мира опирается на усвоение учащимися фундаментальных физических понятий и идей с выявлением их мировоззренческой части, на постепенное раскрытие понятия физической картины мира и ее эволюции и на диалектико-материалистическое истолкование основ физики. На уроках физики раскрываются лишь те философские положения, обоснование которых не требует никаких дополнительных знаний, и логично сливается с процессом сообщения школьникам конкретных физических знаний. Определяя круг философских положений, которые должны раскрываться в курсе физики, необходимо учесть и принцип доступности. В целом при определении круга философских обобщений, которые могут и должны быть сделаны в процессе изучения физики, надо исходить из следующих принципов: а) учет мировоззренческой значимости того или иного философского положения и его места в логике философии; б) учет связи данного философского положения с содержанием курса физики и его роли в понимании физических явлений; в) учет доступности. Существует следующая система философских положений, которые следует раскрывать при обучении физике в старших классах [Мощанский]. Материальность мира: понятие о материи и материальности мира; многообразие и качественное своеобразие форм материи и взаимосвязь между ними, неисчерпаемость материи; связь материи с движением; разнообразие и качественное своеобразие форм движения материи, взаимосвязь между ними; несотворимость и неуничтожимость материи и движения; существование движущейся материи в пространстве и времени; материальное единство мира. Диалектика природы: взаимосвязь и взаимообусловленность явлений (закон как форма связи, связь между причиной и следствием, необходимые и случайные связи, зависимость характера явлений от условий их протекания); закон единства и взаимодействия противоположностей; закон перехода количественных изменений в качественные. Диалектико-материалистический характер процесса познания природы: практика — источник развития познания; практика — критерий истины; удовлетворение потребностей практики — цель познания; роль производства в развитии физики; объективность знаний; относительность и абсолютность истины, конкретность истины; познаваемость мира. Методические пути раскрытия философских положений можно разделить на группы. К первой группе относятся такие положения, как материальность мира, связь материи и движения, понятие о пространстве и времени. Они родственны по своему содержанию, так как все они являются исходными принципами материализма и выражают суть наиболее общих и основополагающих категорий материализма. Невозможно осознать понятие материи, не выяснив связи материи с движением, пространством и временем, заставляет считать, что все эти понятия должны раскрываться в одном и том же месте курса, одновременно. Запас знаний учащихся в начале изучения физики в старших классах и уровень их мышления не позволяют достаточно глубоко и полно раскрыть эти понятия. На этой стадии возможно первичное, элементарное ознакомление с философскими понятиями, опирающееся на знания, полученные на первой ступени. Ко второй группе относятся такие положения, как закон единства и борьбы противоположностей, закон перехода количественных изменений в качественные, положения о несотворимости и неуничтожимости материи, положения о роли практики в познании, о конкретности и относительности истины. Положения этой группы можно раскрыть лишь после того, как будут изучены одно-два явления, в которых проявляется та или иная философская закономерность. В процессе изучения этих явлений надо постепенно подготавливать учащихся к овладению этим положением: раскрыть отдельные стороны его, познакомить с понятиями, входящими в него. После усвоения отдельных понятий, сторон этого закона на основе сравнения, выделения существенного в ряде явлений, обобщения этого существенного можно перейти к формулировке самого философского положения. К третьей группе относятся такие положения, как познаваемость мира, объективность знания, взаимосвязь и взаимообусловленность явлений, материальное единство мира. Эти положения не являются законами, которые можно обнаружить в явлениях природы или в процессе ее познания, а принципами, определяющими подход к миру. Эти принципы оказываются ведущими идеями, которые пронизывают весь курс физики и обосновываются и на ряде конкретных явлений, и в процессе ознакомления с рядом других философских положений. Чтобы учащиеся смогли осознать эти общие принципы, необходимо обобщить и систематизировать то основное в курсе физики, что свидетельствует о познаваемости мира, объективности знаний, взаимосвязи и взаимообусловленности явлений, материальном единстве мира. Логичнее всего сделать это обобщение на заключительных уроках курса, в повторительно обобщающей теме «Физическая картина мира». 4. Генерализация, систематизация и обобщение знаний учащихся. Генерализация - логический прием, предусматривающий переход от частного к общему, подчинение частных явлений общему принципу [интернет]. Систематизация знаний учащихся достигается выполнением заданий на применение уже полученных знаний. Самостоятельно или с помощью учителя применяя эти знания с знания, ученик расширяет свою информацию, осмысливает разных сторон, учится способам применения этих знаний и одновременно усваивает обобщенные способы деятельности. Обобщение и систематизация учебного материала могут быть успешными при соблюдении по крайней мере двух педагогических требований. Одно из них состоит в том, что обобщение должно осуществляться на основе фундаментальной научной идеи, выполняющей роль систематизирующего фактора. Второе требование состоит в том, что обобщение, так как оно связано с повторением изученного, должно обязательно содержать элемент новизны. Под систематизацией понимают мыслительную деятельность, в процессе которой изучаемые объекты организуются в определенную систему на основе выбранного принципа. Под системой в современной философии понимают совокупность объектов, взаимодействие которых вызывает появление новых качеств, не свойственных отдельно взятым образующим его компонентам. Связь между компонентами настолько существенна и тесна, что изменение одного из них вызывает изменение других, а нередко системы в целом. Систематизация означает концентрацию внимания на главном, что дает возможность построения таких структур знаний, которые обеспечивают возможность относительно быстрого их применения. Вместе с этим систематизация вносит вклад в дело разгрузки памяти учащихся и лучшего осмысления зависимостей и закономерностей. Говоря о научном знании, выделяют [Ефименко] пять основных уровней обобщения и систематизации материала. 1. Эмпирический. На данном уровне происходит систематизация и обобщение опытных фактов и частно – научных теорий. 2. Теоретический. Этот уровень позволяет систематизировать и обобщить научные законы и принципы физического знания. 3. Методологический конкретно – научный. Данный уровень является более высоким уровнем обобщения и систематизации, он позволяет систематизировать и обобщить научные теории и рассмотреть концепцию эволюции физической картины мира. 4. Методологический общенаучный. Этот уровень является высшим уровнем обобщения и систематизации по отношению к методологическому конкретно – научному уровню. На этом уровне конкретизируется и обобщается концепция взаимосвязи общенаучной и физической картин мира. 5. Методологический философский. Философский уровень дает возможность объединить все уровни и сформировать общенаучную картину мира. ''Обычно в учебно-методологической литературе анализ, обобщение и систематизация материала завершается на уровне научной теории. В этом случае анализ является неполным. Для того чтобы выяснить границы применимости теории, необходимо выйти за рамки теории, использовать более общие идеи и концепции, то есть подняться на более высокий — методологический уровень обобщения, абстракции и систематизации'' [Ефименко]. Можно выделить следующую структуру уровней обобщения и систематизации и категориально – понятийного аппарата анализа и синтеза научного знания (см. рис.2) [Ефименко]. Уровни обобщения и систематизации Категориально – понятийный аппарат анализа и синтеза научного знания опытные факты и частнонаучные теории эмпирический научные законы, теории и принципы теоретическ ий методологический конкретно – научный концепция эволюции физической картины мира методологический общенаучный концепция взаимосвязи общенаучной и физической картин мира общенаучная картина мира, законы и категории материалистической диалектики методологический философский Рис. 4. Структура уровней систематизации и обобщения, анализа и синтеза научного знания На рис. 4 представлена общенаучная структура уровней обобщения и систематизации знания. Здесь, кроме эмпирического, теоретического и методологического конкретно-научного уровня (концепция конкретно-научной картины мира), различают еще общенаучный методологический и фи- лософский (концепция общенаучной картины мира и законы и категории диалектики) уровни. Физическая картина мира - это мировоззренческое обобщение, часть нашего научного мировоззрения, помогающая правильно ориентироваться в мире, целенаправленно в нем действовать, творчески работать во всех сферах жизни, осознать важность гармонической взаимосвязи человека и природы, необходимость решения современных экологических проблем. Под физической картиной мира обычно понимают систему фундаментальных идей, понятий и законов физики. Физическая картина мира есть необходимый элемент при формировании мировоззрения учащихся и составляет основу их научного мировоззрения. Задачи формирования мировоззрения учащихся и современного способа мышления могут быть решены при условии, что структура и содержание курса физики будут соответствовать формам теоретических обобщений. Физическая картина мира – это интегральный образ природы, включающий в себя фундаментальные физические понятия, идеи, законы, исходные философские идеи. Физическое знание представляет собою закономерный процесс становления, развития и смены основополагающих научных идей и физических теорий, процесс эволюции физической картины мира. Эволюция физической картины мира – это сложный процесс развития представлений о физической реальности. Рассмотрим основные элементы структуры концепции эволюции физической картины мира (см. рис. 5). Связь физических теорий, их единое основание в виде исходных содержательных обобщений, концепция взаимодействий их иерархий и геометрической моделью могут явиться ведущими направлениями курса физики. На современном этапе физическая картина мира может быть использована для систематизации знаний. Она дает учителю общую методологическую основу для ориентировки в учебном материале и позволяет решать при преподавании задачи мировоззренческого характера. Физическая картина мира является обобщением на уровне концептуальных систем понятий фундаментальных физических теорий, опирающихся на некоторую общую модель материи и движении. При определении содержания и структуры школьного обучения все больше внимания отводят научным обобщениям различного характера (эмпирического и теоретического). Теоретические обобщения составляют основу современного научнотеоретического способа мышления. Выделяют четыре фундаментальные физические теории: классическая механика, статистическая физика, электродинамика и квантовая физика. В любой физической теории различают: основание, ядро и выводы (следствия). Физическая картина мира НФКМ МКМ VI в. до н.э. XVI в.н.э. Исходные философские идеи ЭДКМ КПКМ XIX в. XX в. Математический аппарат Физические законы t Фундаментальные физические идеи Физические теории Система основополагающих постулатов и принципов Важнейшие эксперимен -тальные факты Физические модели Система физических понятий Способ описания НФКМ – натурфилософская картина мира. МКМ – механическая картина мира. ЭДКМ – электродинамическая картина мира. КПКМ – квантово-полевая картина мира. Рис. 5. Основные элементы структуры концепции эволюции физической картины мира Рассмотрим все эти этапы на примере классической механики. Основание - понятия: механическое движение, виды движения, материальная точка, макротело, система отсчета, взаимодействие, основные величины. Ядро - принципы: дальнодействия, суперпозиции, относительности, симметрии, сохранения; законы Ньютона; законы сохранения энергии, импульса и момента импульса; законы для сил. Выводы – основные характеристики: поступательное, вращательное и колебательное движения; объяснение явлений: равновесия тел, невесомости, реактивного движения; природа и техника: использован е колебательного и вращательного движения. Классическая механика как раздел физики занимает особое место в школьном курсе. При ее изучении учащиеся знакомятся с методами исследования природы, используемые в науке и физическими величинами, применяемыми в других разделах физики. [2]. В современных учебниках систематический курс физики начинается с изучения классической механики. В классической механике имеются теоретические обобщения различного характера, что и позволяет начать формирование о физической картине мира. На уроках необходимо употреблять термины «материя», «движение», «пространство», «время» и раскрывать их смысл, т.е. необходимо в самом общем виде познакомить учащихся с некоторыми философскими положениями. Кроме того, связь физики и философии есть характерная черта современной физической науки, а преподавание физики должно отражать современный научный уровень. Итак, формирование представлений о физической картине мира опирается на усвоение учащимися фундаментальных физических понятий и идей с выявлением их мировоззренческой части, на постепенное раскрытие понятия физической картины мира и ее эволюции и на диалектикоматериалистическое истолкование основ физики. Рассмотрим одну из основ систематизации и обобщения учебного материала курса физики – концепцию взаимосвязи общенаучной картины мира и физической картины мира, представленную в виде таблицы 2. Таблица 2. Концепция взаимосвязи общенаучной и физической картин мира Основные черты Конкретизация основных черт общенаучной общенаучной картины мира в физической картине мира. картины мира. 1.Материальное Универсальность 1) единство элементарных частиц, как структурных элементов всех видов материи. картины мира. законов сохранения. принципов симметрии. пространственно – временных свойств материи. фундаментальных взаимодействий. 2)Единство корпускулярно – волновых свойств материи. 2.Неисчерпае- 1)Многообразие форм и видов материи как мое многообра- взаимосвязь зие и взаимопревращение вещества и взаимо- физических полей. связь различных форм и и 2)Относительное отличие и взаимосвязь явлений видов микро -, макро – и мегамира. материи. 3.Движение – 1)Неуничтожимость движения материи. способ 2)Универсальность и взаимопревращение физических существования форм движения материи. материи. 3)Взаимосвязь физических, химических, биологических и других форм движения материи. Продолжение таблицы 2. 4.Пространство и 1)Универсальность время пространственно – временного – описания физических явлений. всеобщие формы 2)Неисчерпаемое многообразие пространственно – существования временных структур и свойств материи. материи. 3)Объективный характер относительности пространства и времени. 4)Инвариантность пространственно – временного интервала и законов физики. 5.Взаимодействие – всеобщая форма связи тел и явлений, источник 1) Универсальность фундаментальных физических взаимодействий сильного электромагнитного всех 2)Взаимодействие конкретных связано слабого с гравитационного переносом материи, движения и информации. форм движения и 3)Взаимодействие носит полевой обменный характер. развития 4)Взаимодействие является близкодействием (с). объектов. 6. Причинная 1)Объективный характер и взаимосвязь динамических и обусловленность и статистических закономерностей. объективная 2)Причинная обусловленность всех физических явлений. закономерность 3)Множественность форм детерминизма взаимосвязи лапласовский детерминизм явлений материального и духовного как мира форма всеобщей связи и детерминизма квантовомеханический детерминизм Продолжение таблицы 2. 7.Несотвори- 1) мость и неунич- законов сохранения тожимость материи и движения. Универсальность 2) принципов симметрии взаимопревращения элементарных частиц Инвариантность фундаментальных физических величин. законов физики. 8.Познаваемость 1)Широкое материального законов и теорий в науке, технике, быту. мира и практическое применение физических объек- 2)Опытное воспроизведение физических явлений. тивный харак-тер 3)Объяснение явлений природы. познания. 4)Предсказание и открытие новых явлений и законов. 5)Справедливость принципа соответствия в физике. 9.Первичность материи отношению сознанию. 1)Научное обоснование существования природы до по возникновения человека. к 2)Экспериментальное подтверждение физической теории – критерий истинности теории. 3)Диалектическая взаимосвязь теории и практики. Продолжение таблицы 2. 1) 10.Неисчерпаемость материи и её познания. Неисчерпаемое многообразие структурных форм материи вещество и антивещество. форм движения. свойств материальных объектов. физические тела пространственно – временных структур материи. соединения макро. мега микро элементарные частицы. связей и отношений материальных объектов. органические. планеты. звёзды. атомы. молекулы. неорганические. галактики. 2)Бесконечность материального мира. 3)Непрерывный процесс эволюции материи на всех уровнях и Вселенной как целого. 5. Формирование представлений о развитии науки. Велика роль формирования представлений о становлении и развитии физики, как средства развития у учащихся интереса к науке. Для того чтобы пробудить у учащихся устойчивый интерес к физике как науке, необходимо раскрывать эволюцию физических идей, причины, которые явились фактором принятия тех или иных идей, механизм научного поиска. Основной задачей формирования представлений у учащихся представлений о развитии науки является формирование у учащихся истинных физических знаний. Основным средством формирования представлений о развитии физики-науки, является использование исторического материала в обучении физике. Используя исторические образы, в которых раскрывается эволюция идей, позволяют показать непрерывное развитие научного знания, получить достоверные сведения об окружающем мире. Показывая эволюцию физики, наиболее важным является раскрытие роли научного эксперимента, который является источником знаний и «критерием истины» [Мощанский Истор.] в постижении законов природы. Знакомя учащихся с историей физики, важно показать механизм создания физических законов и теорий, роль гипотез в становлении науки, а также особенности научного эксперимента. Все это способствует развитию мировоззрения учащихся. Кроме того, формирование представлений о развитии науки имеет большое воспитательное значение. Использование исторического материала, представленного материалами о жизни, деятельности выдающихся ученых, как отечественных, так и зарубежных является средством нравственного, интернационального, трудового, эстетического и патриотического воспитания учащихся. Использование исторического материала позволяет не только раскрывать сущность развития и становления физики, но и строить методику изложения рассматриваемых вопросов. Несомненно, необходимо включать в курс физики только те вопросы истории, которые в наибольшей степени способствуют решению мировоззренческих и образовательных задач, стоящих перед обучением физики. Таким образом, выделяются функции исторического материала при формировании представлений о развитии науки [Мощанский Истор]. 1. Использование историзма, как средства развития у учащихся интереса к науке физике. 2. Использование историзма, как средства способствующего повышению качества знаний учащихся. 3. Использование историзма, как средства формирования научного мировоззрения учащихся. 4. Использование историзма, как средства нравственного, патриотического, интернационального, трудового и эстетического воспитания. 5. Использование историзма является средством разработки методики преподавания некоторых вопросов физики. Поскольку логика развертывания учебного материала в курсе физики, как правило, не соответствует историческому ходу развития физики, то и обобщение знаний осуществляется учителем обычно в логическом, а не в историческом плане, что вполне правомерно. Однако это не исключает возможности обобщения и систематизации знаний на исторической основе. Более того, в ряде случаев исторический путь построения обобщения учебного материала является абсолютно неизбежным. Действительно, обобщающий материал в конце курса ХI класса о физической картине мира должен с неизбежностью содержать сведения об эволюции научных представлений о мире. Только при этом условии картина мира, рисуемая современной наукой, предстанет перед учениками как закономерный итог развития физики, наследующий из прошлого все элементы абсолютного знания, как процесс, а не как нечто застывшее и нетленное. Если убрать из этого материала сведения о механической и электромагнитной картине мира, как этапах эволюции физики — и современная картина мира не будет уже представляться ученикам столь впечатляющей; исчезает во многом смысл раскрытия этого учебного материала. Обобщающие обзоры исторического характера могут быть посвящены таким темам, как «История развития идеи атомизма», «История развития идеи дискретности электричества (открытие электрона)», «История развития идеи близкодействия (поля)», «История развития идеи корпускулярно-волнового дуализма света», «Эволюция физической картины мира». Исторические обзоры могут быть как вводными, так и обобщающими. Если обзор посвящен проблеме, по которой запас имеющихся у школьников знаний весьма ограничен, и необходимые для понимания эволюции идеи знания будут сообщаться учащимся в ходе последующего изучения курса, то нет смысла забегать вперед и проводить обзор как вводный. Целесообразнее провести его после изучения учащимися необходимого материала и сведения о сути физических открытий, уже известные им, включить в материал обобщающего исторического повествования. Главная задача проведения обобщающих обзоров — показать основные этапы эволюции взглядов, по той или иной проблеме. При этом мало перечислить эти этапы с кратким разъяснением и комментированием сути каждого этапа, а необходимо раскрыть механизм научного познания, т. е. причины, побуждающие к выдвижению тех или иных идей, причины смены одних идей другими, методы обоснования новых взглядов, трудности, стоящие на пути утверждения новых идей. Следовательно, надо не только изложить историю, а объяснить ее, ибо именно это последнее и является наиболее поучительным. Если в процессе предшествующего изучения материала курса учащимся не сообщались сведения об ученых, с именами которых связано формирование той или иной идеи, то это может быть сделано на обобщающих занятиях. Рассмотрение истории развития взглядов позволяет ненавязчиво и естественно познакомить школьников с диалектикой процесса познания, что играет большую роль в формировании научного мировоззрения. Задачей исторического способа исследования является выяснение и анализ конкретных условий и форм развития явлений, эволюции их (например, анализ затруднений теорий, эмпирических и теоретических предпосылок новой теории). Принцип единства исторического и логического позволяет выявить важные вопросы объективного содержания картины природы и выяснить закономерности ее развития. Для формирования научного мировоззрения важным является вопрос систематизации и методологическою анализа теоретического материала истории физики. Средством решения этой проблемы являются следующие положения. 1. Систематизация и методологический анализ многообразия исторических сведений на основе концепции эволюции физической картины мира. 2. Эволюция физического знания в свете идей современной физики. 3. Диалектическая взаимосвязь науки и техники, теории и эксперимента (практика — критерии истинности теории). 4. Научные открытия — не случайное явление, а закономерный результат развития науки, культуры и производительных сил общества. 5. Коллективный и интернациональный характер труда ученых как критерий оценки достижений мировой и отечественной науки [9]. 6. Раскрытие и иллюстрация основных законов диалектики: перехода количественных изменений в качественные; единства и борьбы противоположностей; отрицания отрицания. Проиллюстрируем, каким образом на различных уровнях знаний учащиеся знакомятся с категориями и законами диалектики в процессе изучения физики. Закон перехода количественных изменений в качественные. В 7 классе должно преобладать яркое и образное восприятие явлений и фактов. Поэтому перед изучением сведений о трех состояниях вещества можно задать такие вопросы: 1. Бывает ли железный пар? 2. Существует ли твердый газ? Далее в ходе беседы выясняем: при нормальных условиях (-20 0 C ;+30 0 C ) железо – твердое тело, воздух – газ. Но ведь всем известно, что многие детали машин изготовлены из расплавленного (жидкого), а затем застывшего металла; что мороженное охлаждается сухим (твердым) льдом, сделанным из углекислого газа. Затем предложить учащимся пронаблюдать, как при нагревании кусочки твердого олова превращаются в жидкость, как лед (твердое состояние) становится водой, а затем паром. При этом подчеркиваем, что одно и тоже вещество в твердом, жидком и газообразном состояниях обладает совершенно различными свойствами: лед – твёрдый, хрупкий, имеет определенный объем и форму. вода – текуча, принимает форму сосуда, в котором находится. пар – летуч, невидим, не имеет ни определенной формы, ни объема. В итоге приходим к выводу: путем изменения температуры (количественного изменения), можно изменить состояние вещества и его свойства (качественные изменения). В 8 классе при изучении вопроса об «Изменении агрегатных состояний вещества» можно при выполнении лабораторных работ применить метод поиска ответов на заранее поставленные вопросы. Причем, эти вопросы нужно сформулировать так, чтобы подвести учеников к закону перехода количественных изменений в качественные. Для того чтобы правильно трактовать этот закон, необходимо учитывать специфику его проявления в физических процессах. Скачкообразный переход количественных изменений в качественные может быть и кратковременным актом (сжижение газа), и длительным процессом (испарение). Поэтому неправильно считать, что действие этого закона ограничено лишь теми случаями, когда скачки происходят в течении коротких промежутков времени. Прежде чем раскрывать сам закон перехода количественных изменений в качественные, следует показать, что между объектами (явлениями) имеются существенные (качественные) различия. Так, между различными инерциальными системами отсчета нет никакой принципиальной разницы, они отличаются друг от друга лишь в количественном отношении – у них различны относительные скорости движения. Отличия же инерциальных и неинерциальных систем отсчета более существенны: в неинерциальных системах отсчета (в отличии от инерциальных) не выполняются законы Ньютона. По мере изучения курса учащиеся знакомятся и с тем, что в природе происходят и количественные, и качественные изменения. При торможении движущегося тела количественно меняется механическая энергия, температура трущихся тел, но вместе с тем происходят существенные качественные изменения: механическое движение превращается в тепловое движение, которое имеет другую природу. Важным этапом в раскрытии вопроса о связи количественных и качественных изменений, является изучение плавления и отвердевания тел. При агрегатных преобразованиях вещества происходят резкие изменения физических свойств вещества. Так, упругие свойства сменяются пластичными лишь после того, как напряжение достигает определенного для данного материала значения предела упругости. Итак, количественные изменения какой-либо величины (свойства) не продолжаются беспредельно, а на некотором этапе, вполне определенном для данного явления, приводят к существенным качественным изменениям в свойствах тел. Т.к. это обнаруживается в целом ряде разнородных явлений, то переход количественных изменений в качественные является весьма общим законом природы. На уроках физики следует познакомить учащихся и с законом единства и борьбы противоположностей. Подготавливая учащихся к пониманию этого закона, следует при анализе ряда явлений показать, из каких противоположных сторон складывается то или иное явление, и установить, что эти стороны не могут существовать друг без друга. 1. Во взаимодействии тел имеются две противоположности – действие и противодействие. Обе эти стороны неразрывно связаны друг-с другом. 2. Взаимодействие молекул вещества складывается из притяжения и отталкивания (двух противоположностей, но существующих одновременно в связи). Концентрация молекул воздуха по определенному закону меняется 3. с высотой: максимальна у поверхности Земли, уменьшается при увеличении высоты. Если бы не было притяжения к Земле молекулы воздуха разлетелись бы в окружающее пространство, и атмосфера не могла бы существовать. При отсутствии теплового движения каждая молекула газа под действием тяготения падала бы вниз и все молекулы скопились бы у Земли. И только благодаря одновременному действию обоих факторов устанавливается подвижное равновесие(молекулы воздуха определенным образом распределены по высоте). Рассматривая превращение жидкости в пар, надо показать, что 4. переходу молекул жидкости в пар (испарению) всегда сопутствует обратный процесс – переход молекул из пара в жидкость (конденсация). Эти два процесса противоположны друг другу, но эти два процесса и существовать друг без друга не могут. При рассмотрении графика плавления и отвердевания нафталина: 5. t, 0 C C A 80 0 C B температуре D E АВ – плавление происходит при DE – отвердевание одной F t, с 6. Особенно важным является изучение противоречий природы света. Явления интерференции, дифракции, поляризации света свидетельствуют о наличии у света волновых свойств. В существовании этих свойств не приходится сомневаться, раз они подтверждены экспериментом, Столь же бесспорно и подтвержденное опытами существование у света квантовых свойств, проявляющихся в явлении фотоэффекта, фотохимических реакциях и т.д. Следовательно, ряд явлений могут быть объяснены на основе волновой теории, а другие – только на основе квантовой теории. Однако давление света может быть объяснено как на основе волновой теории, так и на основе квантовой теории. При этом обе теории приводят к одинаковым результатам. Отсюда следует, что для света характерно единство прерывности и непрерывности. Следует сказать, что те и другие свойства света не всегда проявляются одновременно. Чем меньше интенсивность света и больше его частота, тем резче проявляются квантовые свойства света. Итак, на основе анализа перечисленных выше примеров можно сделать вывод: физические явления включают в себя противоположные стороны, находящиеся в единстве. Это общий закон природы. Закон отрицания отрицания. Этот закон можно проиллюстрировать при изучении моделей строения атома: первая созданная в истории развития физики модель атома – модель Томсона «Пудинг с изюмом». Далее вторую модель строения атома создаёт Резерфорд – планетарная модель атома, отрицающая модель Томсона, которая была признана ошибочной. Модель Резерфорда не смогла объяснить всех закономерностей квантовой и атомной физики и была усовершенствована Бором – была создана третья модель строения атома – модель Бора, отрицающая первые две модели. 7. Развитие научного мышления (стиля мышления) обучаемых. Мышление – активный процесс отражения объективного мира в понятиях, суждениях, теориях, осуществлённый посредством таких мыслительных операций, как анализ, синтез, сравнение, абстрагирование, обобщение, умозаключение. Способ мышления – вид творческой, умственной деятельности человека, направленный на выработку объективно-истинного знания о материальном мире, приводящий к активному, сознательному отношению человека к окружающему его миру, к исследуемым явлениям. Способ мышления учителя физики определяется уровнем развития физического знания на данном этапе. Исторически сложились 3 этапа развития способа мышления: 1) эмпирический этап – феноменологический способ мышления (рис. 6); Реальный физический эксперимент Теория (феноменологическая) Подтверждающий физический эксперимент Рис. 6. Феноменологический способ мышления. 2) переходный этап – сумма теоретического и феноменологического способов мышления (рис. 7) Реальный физический эксперимент Математическая база Подтверждающий физический эксперимент Физическая теория Рис. 7. Сумма теоретического и феноменологического способов мышления. 3) современный этап – теоретико-инвариантный способ мышления (рис. 8) Теоретическое утверждение Мысленный эксперимент Физическая теория Физический эксперимент (если возможен) Рис. 8. Теоретико-инвариантный способ мышления. Схематично эволюцию способов мышления, которая связана с развитием физической картины мира можно представить следующим образом (рис. 9) МКМ ЭДКМ КПКМ Сумма теоретического и феноменологического способов мышления Феноменологический способ мышления Теоретико-инвариантный способ мышления МЫШЛЕНИЕ Отражение объективной физической реальности Объективная физическая реальность Рис.4. Эволюция способов мышления. Так как современной квантово-полевой картине мира соответствует теоретико-инвариантный способ мышления, то именно его необходимо сформировать у учителя физики. Теоретико-инвариантный способ мышления базируется на мысленном эксперименте и предполагает конкретные механизмы создания творческих моделей, объясняющих сущность изучаемых инвариантный способ мышления дает методологический анализ экспериментальных явлений. возможность ситуаций, Теоретикоосуществить которые нет возможности воссоздать в кабинете физики. Математический аппарат, соответствующий теоретико-инвариантному способу мышления, может быть различным, от алгебраического исчисления до операторного исчисления. Формирование теоретико-инвариантного способа мышления, на наш взгляд, целесообразно осуществлять следующими путями: 1) через методы физического познания; 2) через аксиомы и основные теоремы логического рассуждения; 3) через методологию физики; 4) через методологию педагогического исследования; 5) через математический аппарат, которым оперирует физика. Содержание понятия мышления определяется через взаимосвязь форм и средств мысли (рис. 10). Мышление Формы мысли Средства мысли Рис. 10. Содержание понятия мышление. К формам мысли относятся такие структурные единицы, как физические идеи, понятия, законы, принципы, теории и методы математического описания. Структурными единицами средств мышления являются натурный, мысленный и вычислительный эксперимент. Содержание типа мышления определяется взаимосвязанностью структурных единиц, как форм и средств мысли. Конкретное содержание форм и средств мысли всех этапов процесса мышления представлено на следующих схемах (рисунок 11). На данном рисунке представлена схема формальной логики феноменологического мышления. Под феноменологическим мышлением мы понимаем такой тип мышления, при котором классификация наблюдаемых явлений производиться на основе определенных эмпирических обобщений или методов экспериментирования. Формами мысли данного мышления являются физические идеи и метод математического описания. На основе физических идей ставиться начальный эксперимент как модель физического процесса. В результате наблюдения и измерения физических величин формируются физические понятия и законы, которые требуют дальнейшего подтверждения в новом эксперименте. Совокупность физических законов, понятий и соответствующего метода математического описания создает эмпирические теории и физические принципы, подтвержденные далее экспериментально. Феноменологическое мышление Начальный эксперимент Физические идеи (модель физического процесса) Физические понятия, законы Эмпирические теории, физические принципы Подтверждающий эксперимент Математический аппарат Рис. 11. Схема формальной логики феноменологического мышления. На рисунке 12 представлена схема формальной логики теоретического мышления. Под теоретическим мышлением мы понимаем тип мышления, при котором отражаются внешние стороны и связи явлений без раскрытия их глубинной сущности на основе мысленного эксперимента. В этом случае формами мысли являются система основополагающих понятий, законов, принципов и соответствующий данному мышлению метод математического описания. На основе системы понятий, законов и принципов методом мысленного эксперимента создается модель механизма физического процесса. Далее аппарата следует решение задачи посредством математического теоретического мышления. Решение задач является основой построения новой или уточнения старых физических теорий, требующих экспериментального подтверждения. Теоретическое мышление Система основополагающих понятий, идей, принципов Постановка задачи (модель механизма физического процесса – мысленный эксперимент) Физические законы Решение задачи Математический аппарат Подтверждающий эксперимент Физические теории Рис. 12. Схема формальной логики теоретического мышления. На рисунке 13 представлена схема формальной логики теоретикоинвариантного мышления. Под теоретико-инвариантным мышлением мы понимаем такой тип мышления, который основан на мысленном эксперименте и предполагает конкретные механизмы создания творческих моделей, объясняющих сущность изучаемых явлений. В этом случае формы процесса мышления определяются системой основополагающих идей, принципов, фундаментальных постоянных, законов сохранения и соответствующим методом математического описания. Совокупность форм мысли теоретико-инвариантного мышления реализуется в процессе мысленного эксперимента, выступающего в роли нового элемента технологии системного анализа. Мысленный эксперимент реализуется посредствам вычислительного эксперимента, который выполняется при помощи компьютера, который совершенствует язык теоретического описания способов и форм воспроизведения действительности. На основании мысленного и вычислительного эксперимента создаются новые и уточняются старые физические теории, подтверждающиеся на практике при помощи натурного эксперимента. Теоретико-инвариантное мышление Система основополагающих идей, принципов, фундаментальных постоянных, законов сохранения Математический аппарат Физические теории Мысленный эксперимент как модель физического процесса Вычислительный эксперимент Подтверждающий натурный эксперимент Рис. 13. Схема формальной логики теоретико-инвариантного мышления. В представленных схемах стрелками показаны связи форм и средств процесса мышления. Конечным результатом процесса мышления является построение теории, объективность которой подтверждается экспериментом. В указанных связях очевидно, что понятие, закон, теория как формы мысли и методы измерения как средства мысли неотъемлемы друг от друга и находятся в неразрывном единстве. Во всех схемах отражена дуальность формы мысли физика: началом каждой физической теории являются физические идеи и принципы с одной стороны и способ математического описания исследуемого физического явления с другой стороны (обозначено как математический аппарат). Единство идей и способов описания позволяет количественной теории принять математическую форму, сделать возможным экспериментальное подтверждение. На этапе феноменологического мышления математический аппарат отражает классический способ описания объективной физической реальности. При теоретическом мышлении математический аппарат соответствует релятивистскому способу описания физического явления. При достижении этапа теоретико – инвариантного мышления математический аппарат соответствует квантовому способу описания. На современном этапе развития физики рассмотренные виды мышления дополняют друг друга и существуют в единстве и взаимосвязи. Выделенные методы целенаправленного формирования научного мировоззрения обучаемых обобщают все перечисленные пути, способствуют активной мыслительной деятельности учащихся, создают условия для переведения знаний из категории простой принадлежности умственному багажу в категорию принципов действия. Литература 1. Мощанский В. Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. – 3-е изд., перераб. и доп. [Текст] – М.: Просвещение, 1989. – 192 с. 2. Методика преподавания физики в 7 – 8 классах средней школы: Пособие для учителя. / А. В. Усова, В. П. Орехов, С. Е. Каменецкий и др.; Под ред. А. В. Усовой. – 4-е изд., перераб. [Текст] – М.: Просвещение, 1990. – 319 с. 3. Педагогика: Учебное пособие для педучилищ / С. П. Баранов, Л. Р. Болотина, Т. В. Воликова, В. А. Сластёнин. [Текст] – М.: Просвещение, 1981. – 367 с. 4. Теория и методика обучения физике в школе: Общие вопросы: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. / С. Е. Каменецкий, Н. С. Пурышева, Н. Е. Важеевская и др.; Под ред. С. Е. Каменецкого, Н. С. Пурышевой. [Текст] – М.: Изд. центр «Академия», 2000. – 368 с. 5. Шаронова Н. В. Теоретические основы и реализация методологического компонента методической подготовки учителя физики. // Диссертация на соискание учёной степени доктора педагогических наук (13.00.02 – теория и методика обучения физике). [Текст] - Москва, 1997. – 450 с. 6. http://dic.academic.ru/dic.nsf/dic_new_philosophy/311/ГЕНЕРАЛИЗА ЦИЯ (6 октября 2010) 7. Ефименко В. Ф. Физическая картина мира и мировоззрение. [Текст] - Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1997. – 160 с. 8. Мощанский В. Н., Савелова Е. В. История физики в средней школе. [Текст] - М.: Просвещение, 1981. – 205 с.
